超高强度钢氢脆电镀抑制措施

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1、超高强度钢氢脆电镀抑制措施摘要：超高强度钢目前在我国航天航空领域广泛使用，是一种综合性能优良的结构材料。电镀防护时超高强度钢对氢脆较敏感、使用中又有拉应力存在时便可能发生氢脆，使构件机械性能失效，引发事故。系统分析了超高强度钢铁基体、电镀前处理、电镀工艺、镀后处理及机械磨削等对氢脆的影响，并给出了抑制措施。关键词：超高强度钢电镀氢脆拉应力抑制1前言氢脆是一种由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属材料在低于材料屈服强度的静应力作用下发生延迟断裂的现象。当金属零件中含有一定量的氢，同时又存在一定的拉应力（工作应力与残余应力之和）时，则会发

2、生滞后断裂（氢致延迟断裂）。一般情况下，在室温附近金属的氢脆最为敏感。随着航空工业发展，高机动性、大载量型飞机研发制造，高强度钢、超高强度钢在航空制造业中得到广泛应用，飞机的关键、重要受力构件大多选用超高强度钢，但超高强度钢强度增大使得材料韧性降低，随之而来的是对缺口、氢脆及应力腐蚀问题更加敏感。目前采用铬锰硅镍钢系低合金钢。该合金钢强度高、物理性能也较好，但抗氢脆性能较差，表面处理防护后极易出现氢脆现象。氢致延迟断裂问题，它是一种廷迟破坏，高强度钢的延迟破坏所造成的事故已成为危及飞机飞行安全的严重问题。氢脆现象往往在结构处于低于正常

3、设计载荷下突然发生断裂。因此氢脆断裂是难以预测的。但通过分析氢致延迟断裂现象的原因，在超高强度钢构件制造过程中加以控制，又是可以预防的。2氢的来源和氢脆产生2.1氢的来源(1)任何电镀溶液中，不论ph值高低，水分子的离解，总会存在一定量的氢离子。因此，当金属在阴极析出时，往往伴有氢气的析出。(2)阴极电解除油时，有下列反应发生2h2o+2e=h2↑+2oh-从上述反应可以看出，阴极电解除油时也有氢气产生。(3)钢铁零件在酸侵蚀时，除去了氧化膜的溶液，基体金属同样也能与酸发生反应而放出氢气：fe+2hcl=fecl2+h2↑综上所述，零

4、件在电镀、阴极电解除油和酸洗等过程中都回产生氢气。2.2氢脆的产生氢脆是由于渗氢产生的内应力在外部拉应力作用下应力释放所产生的。金属渗氢产生氢脆的现象取决于氢向金属内扩散的过程和金属吸附或者夹带氢的能力．氢并不能以分子状态渗入金属基体中，只能以电离状态既质子状态溶解和扩散进入固态钢的晶格。渗入的氢从镀层中逸出，会导致镀层收缩、产生张应力；氢向底层或基体中扩散，会导致基体或底镀层膨胀，底镀层产生应力而镀层本身收缩，则产生张应力；如果在电镀过程中形成空穴，随后基体或底镀层中渗入的氢扩散入空穴，产生很大的压力，则底镀层产生张应力，而镀层产生

5、压应力。3氢脆的影响因素及抑制措施3.1超高强度钢基体的影响超高强度该钢在30crmnsia高强度钢的基础上提高了锰和铬含量，并添加了1．40％～1．80％(质量分数)的镍，使其淬透性得到明显提高，改善了钢的韧性和回火稳定性；经热处理后可获得高的强度、塑性和韧性，良好的抗疲劳性能和断裂韧度，低的疲劳裂纹扩展速率，因而适宜制造高强度连接件、轴类零件以及起落架等重要受力结构件，但该钢对缺口和氢脆较强敏感性。金属元素吸氢的能力是不同的，实验证明，金属吸氢能力一次是pb＞ti＞cr＞mn＞fe＞co＞ni＞zn＞sn＞cu,而超高强度钢恰恰含

6、有上面的多种元素，因此只要环境中有氢原子，超高强度钢就有可能吸入氢。由于冶炼、机械加工、热处理等引起超高强度钢构件表面轻微裂纹的重叠，斑痕蚀坑的夹杂和超过允许深度的脱碳层，压弯成型不当造成的表面擦划伤，局部应力集中这些现象都会提高电镀氢脆产生的几率。基体表面缺陷是电镀过程中原子氢陷阱的主要来源。在局部应力集中处，阴极产生的氢原子自由能较低，极易附着在阴极上渗透进入基体。防止上述现象要从冶炼着手采用干料，或进一步采用真空处理或真空冶炼，焊接时采用低氢焊条；另一方是进行排氢处理，如低合金结构钢锻件的冷却要缓慢以防止氢致开裂(白点)，低合金

7、结构钢焊接时一般要焊前预热、焊后烘烤。避免夹杂和晶格缺陷，减少发生触氢几率，电镀前要消除机械加工时和热处理过程中在超高强度钢构件上产生的残余应力。3.2镀前处理对氢脆的影响3.2.1超高强度钢镀前基体应力对氢脆的影响及其消除以30crmnsini2a为列，淬火后在低温回火状态使用，回火马氏体组织对氢脆的敏感性比较大，在电镀前经过吹沙、喷丸、机械超精等工序时构件基体带有残余压应力，当残余局部压应力较大时候，电镀后会产生局部综合拉应力，氢致延迟开裂创造了必要的应力条件，此在镀前要进行消除应力。确定镀前消除应力的温度，一般的原则是较其最低回

8、火温度低20～30℃，美国军标规定为(190??0)℃时间为＞4h，iso规定为200～230℃时间为＞4h，其他表面处理件为(191??4)℃＞4h，渗碳、磷化、表面淬火件为140?薄妫?h。但对于超高强度钢构件消除应